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Fräsmaschine sowie Verfahren zum Herstellen von Zahn-
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rädern od. dgl.
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Die Erfindung betrifft eine Fräsmaschine sowie ein Verfahren zum Herstellen
von Zahnrädern od. dgl. mit einem über einen Antrieb bewegten an einer Frässpindel
angeordneten Fräser sowie einem auf einen Frästisch aufgesetzten Teilkopf, durch
dessen Teilspindel ein zu bearbeitendes Werkstück drehbar ist, wobei der Frästisch
über einen weiteren Antrieb und eine Tischspindel quer zur Frässpindelachse bewegbar
ist.
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Fräsen ist ein in der Metallbearbeitung vielseitig angewendetes spanabhebendes
Arbeitsverfahren. Als Werkzeug eingesetzte Fräser haben meist die Form einer Walze,
die am Umfang und manchmal auch an der Stirnseite eine größere Anzahl Schneiden
besitzt. Während der Fräsarbeit macht das Werkzeug die drehende Schnittbewegung
und das Werkstück die geradlinige Vorschubbewegung.
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Je nach Lage der Frässpindel unterscheidet man Waagerecht- und Senkrecht-Fräsmaschinen.
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Waagerecht-Fräsmaschinen kommen bei schwenkbarer Hauptspindel zum
Einsatz.
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Bei den Waagerecht-Fräsmaschinen unterscheidet man die Einfach-Waagerecht-Fräsmaschine
und die Universalfräsmaschine; bei letzterer kann auch der Frästisch -- beisp-ielsweise
zum Erzeugen von schraubenförmigen Nuten od. dgl. -- gedreht, sowie tangential mit
einer Führung verstellt werden. Eine wesentliche weitere Sondereinrichtung der Universal-Fräsmaschine
ist der Teil kopf für Teilarbeiten.
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Bekannte Teilköpfe bestehen aus einem Gehäuse, in dem die Teilspindel
lagert. Sie kann unmittelbar von Hand oder durch einen Schneckenantrieb gedreht
werden. Das Werkstück wird auf der Teilspindel mittels Spannfutter befestigt, oder
läuft zwischen den Körnerspitzen der Teilspindel und eines Reitstockes. Zum Zwecke
der Teilung für Zahnräder weist der Teilkopf eine Teil- oder Lochscheibe auf, auf
der durch einen Raststift die gewünschte Teilung eingestellt werden kann. Zum Spiralfräsen
ist der Teilkopf über Wechselräder in der Regel mit der den Längsvorschub erzeugenden
Tischspindel verbunden.
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Dieser Aufbau bekannter Fräsmaschinen hat einmal den wesentlichen
Nachteil, daß die Erzeugung eines ganzen Zahnrades erheblicher manueller Tätigkeit
bedarf und zum anderen die Fräsnuten einzeln angeschnitten werden. Damit aber bedarf
der Fräsvorgang selbst eines erheblichen Zeitaufwandes, sowie einer sehr genauen
Einstellung durch die Lochscheibe. Auch leidet darunter die Krümmung der Zahnflanken
(Evolvente).
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Auf üblichen Universal-Fräsmaschinen mit Scheibenfräsern im Einzelteilverfahren
hergestellte Zahnräder sind ungenau, da Scheibenfräser nur angenäherte Evolventen
ergeben. Auch wird die Abnutzung des Werkzeuges nicht wie beim Wälzverfahren auf
das ganze Werkstück übertragen. Schneckenräder können so bisher nicht gefräst werden.
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Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt,
eine Fräsmaschine zu entwickeln, welche automatisch Schraubenräder, Stirnräder,
Kettenräder, Schneckenräder, Schalträder und/oder Keilprofile mit höchster Präzision
und optimaler Geschwindigkeit fräst zudem soll ein Umrüsten vorhandener Maschinen
möglich werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß der Frästisch in Spiralausgleichrichtung
schwenkbar sowie dem Teilkopf ein Differentialgetriebe aufgesetzt ist, welches einerseits
mit dem Antrieb der Frässpindel anderseits mit der Teilspindel des Teilkopfes verbunden
ist. Dabei ist von Bedeutung, daß jenes Differentialgetriebe zur Herstellung gerader
Zahnungen außer Betrieb bleiben kann.
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Denn bei tangentialer Bewegung des Tisches ist ein Ausgleich ebenso
möglich wie bei schenkbarer Frässpindel mit der Maschine in einem Winkel von 900
zugeordnetem Frästisch. Schneckenräder können ohne schwenkbaren Frästisch bearbeitet
werden, da Werkstück und Werkzeug 900 ergeben.
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Da an der Teilspindel auch das zu bearbeitende Werkstück hängt, wird
dies in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Frässpindel ebenfalls gedreht. Die
Folge davon ist, daß das Werkstück auf seinem ganzen Umfang bei einem Durchgang
mit den entsprechenden Nuten versehen wird.
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Es erübrigt sich das Hin- und Herfahren des Frästisches je nach der
Anzahl der gewünschten Zähnezahl.
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Vorzugsweise ist auf die Frässpindel auch ein Zahnrad aufgesetzt,
das mit einem Wechselrad in Eingriff steht, welches über eine Gelenkwelle -- bevorzugt
eine Gleichlaufgelenkwelle -- mit einem Zahnrad einer Räderschere verbunden ist,
wobei dieses Zahnrad gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Zwischenräder seine
Drehbewegung an ein weiteres Zahnrad weitergibt, welches über das Differentialgetriebe
mit der Teilspindel des Teilkopfes verbunden ist.
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Somit ist der Antrieb des Teilkopfes auf einfache Weise ausgestaltet.
Insbesondere ist es möglich, bislang schon vorhandene Teilköpfe lediglich mit einem
Differentialgetriebe umzurüsten, sowie die bestehende Fräsmaschine zu verwenden.
Dabei braucht nur die Teil- oder Lochscheibe entfernt zu werden.
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Die gewünschte Zähnezahl kann durch das Maß der Zahnräder bzw. Wechselräder
zueinander bestimmt werden.
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Vorzugweise entspricht das Maß des Zahnrades der Frässpindel dem Maß
des Wechselrades. Das Maß des ersten Zahnrades an der Radschere sollte dem Maß der
Teilspindel des Teilkopfes entsprechen. Die möglicherweise dazwischengeschalteten
Zwischenräder heben sich gegenseitig auf. Somit ist allein das Maß des dem Differential
vorgeschalteten Zahnrades für die Anzahl der Zähne ausschlaggebend.
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Mit dieser Anordnung ist es möglich, geradverzahnte Räder -- insbesondere
mit einfacher und doppelter Übersetzung -- in einem einzigen Längsvorschub des Frästisches
herzustellen.
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Zum Spiralfräsen dagegen muß die Teilspindel des Teilkopfes zusätzlich
mit dem Antrieb der Tischspindel verbunden werden. Dies geschieht ebenfalls durch
eine Radschere, welche einerseits mit einem Wechselrad der Tischspindel in Eingriff
steht, anderseits von einer mit der Teilspindel verbundenen Welle durchdrungen ist.
Das Differentialgetriebe ermöglicht diesen Zusatz ohne weiteres. Das Maß der Drehung
bzw. das Maß der Schraubenlinie bestimmt eines der Zahnräder der Radschere. Wird
ein rechts steigender Fräser angestrebt, muß zwischen zwei Zahnrädern der Radschere
noch ein Zwischenrad angebracht werden: es erfolgt ein Drehrichtungswechsel.
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Durch diese Anordnung ist es möglich auch schrägverzahnte Räder in
einem einzigen Längsvorschub des Frästisches herzustellen.
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Durch die Verwendung eines bisher schon bekannten Teilkopfes gestaltet
sich die Änderung auch außerordentlich preisgünstig. Daß sie sehr wirtschaftlich
arbeitet,geht bereits aus der Tatsache hervor, daß ein einziger Längsvorschub zur
Herstellung eines gesamten Zahnrades genügL.
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Der erfindungsgemäße Gedanke umfaßt aber auch ein Verfahren zum Herstellen
von Zahnrädern mit einem über einen Antrieb bewegten an einer Frässpindel angeordneten
Fräser sowie einem auf einem Frästisch aufgesetzten Teilkopf, durch dessen Teilspindel
ein zu bearbeitendes Werkstück gedreht wird, wobei der Frästisch über einen weiteren
Antrieb und eine Tischspindel quer zur Frässpindelachse bewegt und das Werkstück
in Abhänqigkeit von der Bewegung der Frässpindel gedreht wird. Die Drehbewegung
der Frässpindel überträgt ein an ihr angeordnetes
Zahnrad auf
ein Wechselrad, von dort über eine Gelenkwelle auf Räder einer Radschere, deren
letztes Rad Teil eines Differentialgetriebes ist.
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Durch das leute Zahnrad wird gleichzeitig die Anzahl der zu fräsenden
Nuten im Werkstück bestimmt.
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Zum Spiralfräsen kann die Teilspindel des Teilkopfes zusätzlich mit
dem Antrieb des Frästisches bzw. der Tischspindel verbunden sein.
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Das Umrüsten vorhandener Maschinen ist ohne Probleme möglich und äußerst
wirtschaftlich, kann doch mit lediglich einer Vorschubbewegung bei kontinuierlicher
Drehbewegung des Werkstückes automatisch ein Zahnrad fertiggefräst werden; das Werkstück
kann bis 300 mm Fräslänge aufweisen.
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Beim Antritt des Teilkopfes herrscht Gleichlauf.
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Die Spiralbewegung bei Schraubenrädern wird durch das dem Teilkopf
vorgesetzte Differential erzeugt. Der Antrieb erfolgt von der Tischspindel (doppelt
angetriebener Teilkopf).
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Beispielsweise werden auf einer Grundmaschine mit einer Au.fspannfläche
von 1000 x 300 mm Rädernutmodul 5, Zähnezahl 30, Schrägungswinkel 150 Vorschub ca.
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0,9 mm/min. aus einem Materialwerkstück St. 70 automatisch gefräst
mit einer Genauigkeit nach DIN, Qualität nach DIN und geschlichteter Oberfläche.
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Auch ist es möglich, sogenannte Rundtische erfindungsgemäß auszurüsten,
die oftmals als Zubehör zu Fräsmaschinen Verwendung finden. Derartige Rundtische
sind schwenkbar und erlauben Arbeiten in jeder Winkelstellung.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten d Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand
der Zeichnung; diese zeigt in Fig. 1 eine Seitenansicht einer Universal-Waagrecht-Fräsmaschine;
Fig. 2 eine Vorderansicht eines Teilkopfes; Fig. 3 eine Seitenansicht eines Teilkopfs.
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Fig. 4 ein Ausschnitt aus Fig. 3 zu einer anderen Ausführung; Fig.
5 die Frontsicht zu Fig. 4.
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Bei einer Universal- ltaaqerecht-Fräsmaschine F,insbesondere zum Fräsen
von Schneckenräder, Stirnräder, Schrägverzahnung od. dgl.,ist unter einem den Fräser
1 an einer Frässpindel 11 tragenden Ausleger 2 ein Frästisch 3 angeordnet, der auf
einem Sockel 4 ruht, wobei Teile des Antriebs der Fräsmaschine F -- nicht dargestellt
-- in einem Gehäuseteil 5 zwischen Ausleger 2 und Sockel 4 lagern.
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Der Frästisch 3 ist über Hebel 6 sowie Handräder 7 gesteuert zumindest
in Spiralausgleichrichtung schwenkbar.
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Durch die Hebel 6 läßt sich ein Winkeltisch 8 in der Höhe verstellen.
Auf den Winkeltisch 8 kann ein Quer- oder Kreuzschlitten 10 in Richtung der Frässpindelachse
A verschoben werden. In einer Längsführung -- nicht dargestellt -- des Querschlittens
10 gleitet der Frästisch 3. Die Längsbewegung des Frästisches 3, das heißt, die
Bewegung etwa lotrecht zur Frässpindelachse A, kann von Hand oder auch selbsttätig
durch die Maschine erfolgen (Vorschubbewegung), wobei ein -- nicht dargestellter
-- Antrieb eine Gewindespindel 9 bewegt. Bei Geradverzahnung erfolgt ein Verstellen
des Steigungswinkels. Beim Schneckenradfräsen ist der Vorschub bei lotrechter Stellung
der Frässpindel 11 zur Tischspindel vertikal.
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Der Fräser 1 lagert an einer Frässpindel 11, welche einends ein dem
Ausleger 2 aufgeschobenes Teil 12 durchbohrt und andernends in das Gehäuse 5 einragt,
wo sie -- nicht dargestellt -- angetrieben wird.
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Zwischen Fräser 1 und Gehäuse 5 weist die Welle ein Zahnrad 14 auf,
welches mit einem Wechsel rad 15 in Eingriff steht. Wechselrad 15 ist über eine
Gleichlaufgelenkwelle 16 mit einer Räderschere 17 verbunden, üb-er welche eine --
nicht dargestellte -- Teilspindel eines Teilkopfs 18 angetrieben wird. Über die
Teilspindel erfolgt dann die Drehbewegung eines Werkstücks 20. zwischen Teilkopf
18 und Räderschere 17 ist ein Differentialgetriebe 19 angeordnet (Fig. 3).
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Eine zweite Räderschere 22 steht mit der Gewindespindel 9 in Eingriff.
Die Drehbewegung der Gewindespindel 9 des Frästisches 3 wird abgeleitet und durch
den teilkopf 18 auf das Werkstück 20 übertragen.
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Die Räderschere 17 weist nach Fig. 2 ein Zahnrad 24, aufgesetzt auf
der Teilspindel des Teilkopfes 18, sowie zwei Zwischenräder 25 und 26 und ein von
der Gelenkwelle 16 angetriebenes Zahnrad 27 auf.
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Die Räderschere 22 ist im Beispielsfall gemäß Fig. 3 von einem die
Bewegung der Tischspindel 9 aufnehmenden Zahnrad 30, einem Zwischenrad 31 sowie
einem die Bewegung über eine Welle 33 auf den Teilkopf 18 übertragenden Zahnrad
32 besetzt.
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Damit erfolgt also der Antrieb des Teilkopfes 18 sowohl über die Frässpindel
11 als auch über die Tischspindel 9.
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Wird nur eine gerade Zahnung gefordert, so ist die Räderschere 22
gesperrt, das Differentialgetriebe 19 außer Wirkweise. Das Werkstück 20 wird in
gleichmäßige Drehung entsprechend der Drehung der Frässpindel 11 über das Zahnrad
14, das Wechselrad 15, die Gelenkwelle 16, die Räderschere 17 sowie die Teilspindel
versetzt. Nach Schrägstellen des Frästisches 3 um den Steigungswinkel wälzt der
Fräser 1 bei periodischer Vorschubbewegung zwischen zwei Vorschüben das Werkstück
20 ab und fräst so die gewünschte Zähnezahl in das Werkstück in einem einzigen Durchgang
ein. Die gewünschte Zähnezahl (Modul) wird durch das Maß des Zahnrades 24 bestimmt,
da die Zwischenräder 25 und 26 sich gegenseitig aufheben, Zahnrad 14 und Wechselrad
15 in einem Verhältnis im vorliegenden Beispiel von 1 : 2 stehen und die Teilspindel
dem Maß von Zahnrad 27 entspricht; die Gleichlaufgelenkwelle 16 ist auf 150 U/min
ausgelegt, was zu 300 U/min an der Hauptspindel führt.
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Zum Spiralfräsen wird zur Drehbewegung der Frässpindel 11 die Drehbewegung
der Tischspindel 9 über die Räderschere 22 dem Teilkopf 18 bzw. dem Differentialgetriebe
19 zugeführt. Da der Fräser 1 in Richtung der Schraubenlinie arbeiten muß, ist entweder
der Frästisch 3 oder der Fräser 1 selbst schräg zu stellen. Im übrigen muß dem Zwischenrad
31 nur bei rechts steigender Spirale zwischengeschaltet werden.
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In der Zeichnung ist nicht näher dargestellt, daß die Gleichlaufgelenkwelle
16 aus einem mittleren Wellenabschnitt besteht, an den Kupplungsenden angelenkt
sind. Dank des Gelenks kann jedes Kupplungsende bis etwa 40° aus der Wellenhauptachse
herausgeschwenkt werden.
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In Fig. 4 ist eine Ausführung dargestellt, deren oberes Zahnrad 27
mit einer Kurbel 40 verbunden ist; diese ist mittels eines Steckbolzens 41 in einem
Steckbolzenlager 42 fixierbar; eine Umdrehung dieser Kurbel 40 bestimmt die Teilung
am Werkstück.
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Bei Verwendung eimer numerischen Steuerung kann dem Differentialgetriebe
19 ein Schrittmotor als Spiralausgleich zugeordnet werden, der an die Steuerung
gekuppelt wird.
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